(57)【要約】【課題】    熱処理して基板とケースとを接合する際にもケースの内圧と外圧との差圧を小さくして気密に接合する。【解決手段】    ケースの接合部と接合部材を介して接合される基板にパッドの幅が太い幅太領域とパッド幅が細い幅細領域とを持っており、パッド幅太領域にのみ前記接合部材を供給することで、ケース載置された状態で加熱処理しても、接合部材が溶融するまで基板とケース間に連通隙間が確保されるため、ケースの内圧が外圧より高くなることが抑制できる。また、接合部材の溶融後は、接合部材はパッド幅の細い幅細領域に濡れ広がることにより、ケースが基板に対して気密に接合される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とケースとを接合することによりケース内部が気密封止されたセンサパッケージであって、
前記ケースの接合部と接合部材を介して接合されるパッドが前記基板に形成され、かつ、当該パッドの幅が太い幅太領域と細い幅細領域とを持つことを特徴とするセンサパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサパッケージであって、
前記パッドに対向する前記ケースの接合部が、１つ以上の凸部を備えることを特徴とするセンサパッケージ。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサパッケージであって、
前記凸部の高さは、０．１ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするセンサパッケージ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のセンサパッケージであって、
前記凸部は、前記パッドの前記幅細領域に対向した前記ケースの接合部の位置に形成されていることを特徴とするセンサパッケージ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサパッケージであって、
前記基板に、前記ケースの位置ズレを防止するケース支持部を設けたことを特徴とするセンサパッケージ。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサパッケージであって、
前記ケース支持部は、前記基板の周縁部に立設されたフリンジ、当該周縁部を掘下げて形成した段差部、前記基板の周縁部に立設されたピン及び前記ケースに形成されて前記ピンが嵌合するピン穴とからなる嵌合部のいずれか１つであることを特徴とするセンサパッケージ。
【請求項７】
基板とケースとを接合されたケース内部が気密封止されたセンサパッケージの製造方法であって、
前記基板に形成されたパッドの一部に接合部材を供給する工程と
前記ケースを前記基板に載置する工程と
前記ケースが前記基板に載置された状態で加熱処理して、前記接合部材が接続部材を供給していないパッドにも濡れ広がることで前記パッドと前記ケースとを前記接合部材により接合する接合工程と、を含むことを特徴とするセンサパッケージの製造方法。
【請求項８】
基板とケースとを接合してセンサパッケージを形成するセンサパッケージの製造方法であって、
前記基板上に幅が太い幅太領域と細い幅細領域とを有するパッドにおける前記パッド幅太領域に前記接合部材を供給する工程と、
前記ケースを前記基板に載置する工程と
前記ケースが前記基板に載置された状態で加熱処理して、前記接合部材が接続部材を供給していないパッドの幅細領域にも濡れ広がることで前記パッドと前記ケースとを前記接合部材により接合する接合工程と、を含むことを特徴とするセンサパッケージの製造方法。
【請求項９】
基板とケースとを接合してセンサパッケージを形成するセンサパッケージの製造方法であって、
前記基板上に幅が太い幅太領域と細い幅細領域とを有するパッドにおける前記パッド幅太領域に前記接合部材を塗布する工程と、
前記ケースの接合部に形成された凸部を前記パッドの前記幅細領域に位置合わせして、当該ケースを前記基板に載置する組立工程と、
前記ケースが前記基板に載置された状態で加熱処理して、前記接合部材が接続部材を供給していないパッドの幅細領域にも濡れ広がることで前記パッドと前記ケースとを前記接合部材により接合する接合工程と、を含むことを特徴とするセンサパッケージの製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載のセンサパッケージの製造方法であって、
前記接合部材が、クリーム半田と、当該クリーム半田の中に配置されたチップ半田と、を含むことを特徴とするセンサパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサパッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサ等のセンサパッケージは、基板に形成された赤外線センサがケース内に収納され、基板とケースとを気密に接合して形成されている。このとき基板とケースとの接合には、半田が用いられる場合がある。即ち、基板の接合領域に半田を供給し、その上にケースを載置して、リフロー等の熱処理を行うことにより、半田を溶融させて接合している。
【０００３】
この熱処理工程において、ケース内部の大気が膨張して圧力上昇し、基板とケースとの接合領域の半田を外部に押出してしまう場合があった。このような場合には、機密性の高い接合が行えなくなる。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、微細孔を有するケースを用い、ケースと基板との接合後に、この微細孔を接着剤で孔埋めする構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、微細孔によりケースの内圧上昇を抑制しているが、このような構成では微細孔の形成、及び、当該微細孔の孔埋めの作業が、新たに必要になる問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の主目的は、熱処理して基板とケースとを接合する際にもケースの内圧と外圧との差圧を小さくして気密に接合したセンサパッケージ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、基板とケースとを接合することによりケース内部が気密封止させたセンサパッケージは、ケースの接合部と接合部材を介して接合されるパッドが基板に形成され、かつ、当該パッドの幅が太い幅太領域と細い幅細領域とを持つことを特徴とする。
【０００９】
また、基板とケースとを接合することによりケース内部が気密封止させたセンサパッケージの製造方法は、基板に形成されたパッドの一部に接合部材を供給する工程と、ケースを基板に載置する工程とケースが基板に載置された状態で加熱処理して、接合部材が接続部材を供給していないパッドにも濡れ広がることでパッドとケースとを接合部材により接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、前記ケースの接合部と接合部材を介して接合される基板にパッドの幅が太い幅太領域とパッド幅が細い幅細領域とを持っており、パッド幅太領域にのみ前記接合部材を供給することで、ケース載置された状態で加熱処理しても、接合部材が溶融するまで基板とケース間に連通隙間が確保されるため、ケースの内圧が外圧より高くなることが抑制できる。また、接合部材の溶融後は、接合部材はパッド幅の細い幅細領域に濡れ広がることにより、ケースが基板に対して気密に接合される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるセンサパッケージの断面図である。
【図２】第１の実施形態にかかるセンサパッケージの側面図である。
【図３】第１の実施形態にかかるセンサパッケージのケースを下側から見たときの部分斜視図である
【図４】第１の実施形態にかかるセンサパッケージの基板の上面図である。
【図５】第１の実施形態にかかる製造方法を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態にかかる基板の図で、（ａ）は側面図、（ｂ）はクリーム半田を塗布したときの基板の側面図、（ｃ）はクリーム半田を塗布したときの基板の上面図である。
【図７】第１の実施形態にかかるケースを基板に接合する際の状態を示す図で、（ａ）は基板にケースを載置したときの側面図、（ｂ）はリフロー処理してケースを接合した際の側面図である。
【図８】第１の実施形態にかかるクリーム半田にチップ半田を混在させた際の基板の側面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかるセンサパッケージの断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態にかかる他の構成のセンサパッケージの断面図で、（ａ）は周縁部に段差部を設けた時の断面図、（ｂ）は周縁部に係合部を設けた時の断面図である。
【図１１】第２の実施形態にかかるケースを基板に接合する際の状態を示す図で、（ａ）は基板にケースを載置したときの側断面図、（ｂ）はリフロー処理してケースを接合した際の側断面図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態にかかるセンサパッケージ２の断面図である。なお、本実施形態においてはセンサパッケージ２にはセンサ素子として赤外線センサ素子が収納されている場合を例に説明するが、本発明は赤外線センサ素子に限定するものではない。
【００１３】
センサパッケージ２は、セラミック基板やプリント基板等の基板１１、この基板１１上に実装された赤外線センサ素子１２、赤外線センサ素子１２を収納するケース１３を備える。基板１１には、パッド１５が形成されて、このパッド１５とケース１３とが接合部材１４により接合されている。接合部材１４としては、例えばＳｎを主成分とする半田材料が使用される。
【００１４】
ケース１３の天板中央には開口部１３ａが形成され、この開口部１３ａに光学フィルタ１８が固着されている。また、基板１１には、スペーサ１６に支持された赤外線センサ素子１２が搭載されると共に、赤外線センサ素子１２を機能させるためのＦＥＴ等の電子部品１７が搭載されて、その周縁部には上述したパッド１５が形成されている。
【００１５】
ケース１３は、４２Ｎｉ、りん青銅、真鍮、洋はく、鉄等の金属材料、Ｓｉ（珪素）やＧｅ（ゲルマニューム）等の半導体材料、ガラス、セラミックス、樹脂等を材料に形成されている。ケース１３の下端（基板１１側の側板端部）が、接合部を形成している。この接合部をフランジ状に形成して足にすることも可能である。
【００１６】
また、光学フィルタ１８は、例えば所定の波長の赤外線を透過させるＳｉやＧｅ等からなる光学フィルタが用いられ、表面に反射防止膜（図示せず）が設けられている。そして、光学フィルタ１８は、導電性接着剤や半田等の接合部材によりケース１３に固着されている。
【００１７】
図２は、センサパッケージ２の側面図である。また、図３は、ケース１３を下側から見たときの部分斜視図である。ケース１３の接合部である側板端面には、１つ以上の凸部１３ｂが形成されている。図２においては、３つの凸部１３ｂが設けられている場合が示されている。
【００１８】
この凸部１３ｂを設けることで、ケース１３を基板１１に載置した際に当該凸部１３ｂと基板１１との距離（隙間）ｄが狭くなる。以下、このケース１３の凸部１３ｂと基板１１との間の隙間を連通隙間Ｋと記載する。従って、凸部１３ｂに対向する領域のパッド１５に半田１４が供給されていなくても、周囲の半田１４が毛細管現象により連通隙間Ｋに濡れ広がって、当該連通隙間Ｋを埋めることができる。即ち、少ない半田量で、基板１１とケース１３とが接合できるようになる。
【００１９】
なお、凸部１３ｂの高さｈは基板１１に塗布された半田１４の厚みに依存して設定され、半田厚が０．１ｍｍの場合には、高さｈを約０．０５ｍｍにすることが望ましい。
【００２０】
また、凸部１３ｂの幅（厚み方向の寸法）Ｗは、パッド１５の幅に応じて設定する必要がある。例えば、パッド幅が０．２ｍｍの場合は、凸部１３ｂの幅Ｗは約０．２〜１ｍｍが好ましい。
これはパッド上に供給された半田がクリーム半田であった場合、例えばリフロー炉による加熱における昇温過程においてクリーム半田の半田成分が溶融する温度に達する前に、クリーム半田のフラックス成分が軟化することで、クリーム半田のダレが生じ、連通間隙Ｋを塞いでしまう可能性があるためである。
次に、上記構成のセンサパッケージ２の製造方法を、図５に示すフローチャート及び図６、図７を参照して説明する。
【００２１】
ステップＳ１：  先ず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、赤外線センサ素子１２及び電子部品１７が実装された基板１１のパッド１５に印刷やディスペンス等の方法を用いてクリーム半田１４を塗布する。図６（ｂ）は、このようなクリーム半田１４が塗布された基板１１の側面図であり、図６（ｃ）は、その上面図である。
【００２２】
このとき半田１４をパッド１５の全周に塗布すると、ケース１３を搭載した際にケース１３内の大気が排気される連通隙間Ｋが無くなり又は小さくなるため、幅０．２〜１ｍｍ程度の半田１４が塗布されていない領域を１つ以上設ける。塗布された領域は、凸部１３ｂに対応していない領域とする。
【００２３】
ステップＳ２：  次に、図７（ａ）に示すように、ケース１３をパッド１５に位置合せして基板１１に搭載する。ケース１３をパッド１５に載置した段階では、凸部１３ｂと基板１１との間に連通隙間Ｋが生じている。
【００２４】
ステップＳ３：  このような状態で、リフロー処理を行うと半田１４が溶融して、図７（ｂ）に示すように、半田１４は未塗布領域に塗れ広がる。なお、本実施例ではリフロー炉による加熱でケースを接続した例を示したが真空チャンバ内で行うことも可能である。このような場合には、ケース１３内は真空状態となり、例えば湿度を嫌うセンサ素子等の封入に用いて好ましい。
【００２５】
半田１４が溶融して、この連通隙間Ｋに半田１４が流入するまでは、ケース１３の内部空間は外部空間と連通している。即ち、リフロー処理により、ケース１３の内圧が外圧より高くなることが抑制できる。従って、基板１１とケース１３との接合が完了した時点でケース１３の内圧と外圧とが概ね同圧となって密閉される。
【００２６】
なお、半田１４が溶融するまで連通隙間Ｋが確実に連通孔の機能をなすように、クリーム半田１４を塗布した際に、このクリーム半田１４に固形のチップ半田１４ａを含ませておくことも可能である。図８は、このようなクリーム半田１４にチップ半田１４ａを含ませた基板１１の側面図を示している。このチップ半田１４ａは、クリーム半田１４のように、加熱によるダレが発生しないため、チップ半田１４ａが溶融するまで、連通隙間Ｋは連通孔として機能する。
【００２７】
以上説明したように、ケース１３の接合が完了する直前までケース１３の内部と外部とが連通しているので、接合完了時においてケース１３の内圧と外圧とを概ね同じ圧力にしながら密閉することが可能になる。即ち、製造工程を増加させることなく、信頼性の高い気密封止が可能になる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００２８】
図９は、第２の実施形態にかかるセンサパッケージ２の断面図を示している。このセンサパッケージ２に用いた基板１１の外周部には、フリンジ１１ａが形成され、内部に凹状のキャビティＧが形成されている。なお、図９においては、フリンジ１１ａは基板１１と一体に形成されている場合を示しているが、別体でも良い。
【００２９】
そして、ケース１３は、このキャビティＧに装着される。従って、外部振動が加わっても、ケース１３はフリンジ１１ａにより位置ずれが規制される。無論、ケース１３の位置ずれが問題にならない程度に、キャビティＧの寸法は、ケース１３の寸法より適宜大きく形成されている。従って、ケース１３はキャビティＧに容易に載置できると共に、リフロー処理においてケース１３内の空気等が抜出る空間が確保される。
【００３０】
なお、ケース１３の位置ずれは図１０に示すような構成でも可能である。図１０（ａ）は、基板１１の周縁部を掘下げて段差部１１ｂを設けた構成を示している。そして、段差部１１ｂにはパッド１５が設けられて、このパッド１５とケース１３とが半田１４により接合される。ケース１３は、段差部１１ｂには填り込んでいるので、外部振動が加わってもケース１３は位置ずれし難い。
【００３１】
また、図１０（ｂ）は、基板１１の周縁部にピン１９ａが立設され、ケース１３にピン１９ａが嵌合するピン孔１９ｂを設けた嵌合部を示している。ピン１９ａは、基板に形成されたパッド１５に半田等を用いて固着されている。またピン孔１９ｂは、ケース１３に形成されたフランジに形成されている。これにより、ピン１９ａがピン孔１９ｂに嵌合すると、ケース１３は基板に対して位置される。従って、外部振動が加わってもケース１３は位置ずれし難い。
次に、上記構成のセンサパッケージ２の製造方法を、図９に示す構成を例に説明する。図１１は、このセンサパッケージ２の製造工程を例示した側断面図である。
【００３２】
図１１に示すように、赤外線センサ素子１２及び電子部品１７が実装された基板１１のパッド１５に印刷やディスペンス等の方法を用いてクリーム半田１４を塗布する。図１１（ａ）は、基板１１にクリーム半田１４を載置した際の側断面図であり、図１１（ｂ）は、加熱処理によりケース１３をパッド１５に接合した際の側断面図である。
【００３３】
このとき半田１４をパッド１５の全周に塗布すると、ケース１３を搭載した際にケース１３内の大気が排気される連通隙間Ｋが無くなり又は小さくなるため、幅０．２〜３ｍｍ程度の半田１４が塗布されていない領域を１つ以上設ける（図１１（ａ）参照）。
【００３４】
次に、クリーム半田を加熱し溶融させた後、半田を凝固することでクリーム半田に含まれる半田粒子は一体化し、クリーム半田に含まれるフラックス成分と分離する。この時、必要に応じてクリーム半田に含まれていたフラックス成分を除去するために洗浄工程を追加する。クリーム半田は溶融することで半田が塗布されていない領域にも濡れ広がるが、半田の凝固後の半田高さは半田の溶融時間を適切に管理することで不均一とすることができる。このため、ケース１３をパッド１５に位置合せして基板１１に搭載した段階では、連通隙間Ｋが生じている。
【００３５】
次に、真空チャンバ内で加熱しケース１３と基板１１を接合することにより、ケース１３内が真空状態となったセンサパッケージを製造することができる（図１１（ｂ）参照）。
【００３６】
なお、この場合、ケース搭載時にはパッド１５上の半田はクリーム半田ではないため、凸部１３ｂの幅Ｗは０．２ｍｍより小さくても構わない。
また、基板１１のパッド１５上に供給する半田１４はクリーム半田ではなく、チップ半田などの固形の半田とすることができる。この場合は固形の半田をパッド１５の全周に供給するのではなく、半田を供給しない領域を１つ以上設ける。
これによりケース１３を搭載しても連通隙間Ｋを確保できる。
なお、基板１１のパッド１５上に供給した固形の半田１４はケース搭載前に一度溶融させることで、パッド１５と接合させておいてもよい。半田１４は溶融することで半田が供給されていない領域にも濡れ広がるが、凝固後の半田１４の高さは均一ではない。このため、ケース１３をパッド１５に位置合せして基板１１に搭載した段階では、連通隙間Ｋが生じている。
【００３７】
以上説明したように、基板に対してケース１３が位置決めされるので、ケース１３を搭載してリフロー処理が完了するまでの間に外部振動が加わっても、ケース１３は位置ずれすることなく良好な接合が行えるようになる。
【符号の説明】
【００３８】
２    センサパッケージ
１１    基板
１１ａ    フリンジ
１１ｂ    段差部
１２    赤外線センサ素子
１３    ケース
１３ａ    開口部
１３ｂ    凸部
１４    半田（クリーム半田）
１４ａ    チップ半田
１５    パッド
１５ａ    幅太領域
１５ｂ    幅細領域
１６    スペーサ
１７    電子部品
１８    光学フィルタ
１９ａ    ピン
１９ｂ  ピン孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013183095.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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